BRPI0925289A2 - bráquetes ortodônticos e respectivo método de fabrico - Google Patents

Abstract

bráquetes ortodônticos e respectivo método de fabrico um bráquete ortodôntico 10 para acoplar um arco 20 a um dente. o bráquete ortodôntico 10 compreende um corpo de bráquete de cerâmica moldado por injeção (cim) 12 incluindo uma fenda de arco 18 que é configurada para nela receber o arco 20. o corpo de bráquete de cim 12 compreende uma cerâmica policristalina. um revestimento 14 de alumina ou dióxido de silício está em contato contínuo e direto com pelo menos as superfícies da fenda do arco 18. o bráquete ortodôntico 10 é caracterizado por uma força de torque inesperadamente alta. o corpo de bráquete de cerâmica policristalina tendo uma distribuição de tamanho de grão caracterizada por um tamanho de grão médio na faixa maior do que 3,4 um até mais ou menos 6 um de tal forma que o bráquete ortodôntico também é caracterizado por dureza de fratura inesperadamente alta. um método de fazer o bráquete ortodôntico 10 compreende moldar po injeção um bráquet usando um pó cerâmico, sinterizar o bráquete moldado e revestir o bráquete de cerâmica moldado por injeção

Description

“Bráquetes Ortodônticos e Respectivo Método de Fabrico” Relatório Descritivo Referência Remissiva a Pedido Correlato Este Pedido reivindica o benefício da data de depósito do Pedido de Patente US 61/ 114.565, intitulado “Surface Treated Polycrys-talline Ceramic Orthodontic Bracket and Method of Making Same” (Brã-quete Ortodôntico Cerâmico Policristalino de Superfícies Tratadas e Método de Produção do Mesmo”, depositado em 14 de novembro de 2008, cuja revelação é aqui incorporada por referência na sua totalidade.

Campo técnico A invenção relaciona-se em geral a bráquetes ortodônticos e, mais particularmente, a bráquetes ortodônticos cerâmicos policrista-linos de superfícies tratadas.

Antecedentes Os bráquetes ortodônticos representam um componente principal dos tratamentos corretivos ortodônticos dedicados a melhorarem a oclusão do paciente. Em tratamentos ortodônticos convencionais, um ortodontista coloca bráquetes nos dentes do paciente e liga um arco numa fenda de cada bráquete. O arco aplica pressões corretivas que coagem os dentes desalinhados a deslocarem-se para posições ortodonticamente corretas. Ligaduras, tais como pequenos anéis elastoméricos em O ou fios metálicos finos são empregados para reter o arco dentro de cada fenda de bráquete. Alternativamente, foram desenvolvidos bráquetes ortodõnticos de ligação própria que eliminam a necessidade de ligaduras. Em vez de usar ligaduras, os bráquetes de ligação próprio contam com um fecho ou cursor móvel para capturar o arco dentro da fenda do bráquete.

Os bráquetes ortodõnticos convencionais são ordinariamente formados a partir de aço inoxidável, que é forte, não absorvente, soldável e relativamente fácil de formar e usinar. Os pacientes que sofrem tratamento ortodôntico com o uso de bráquetes de metal orto-dôntico, porém, podem ser embaraçados pela visibilidade dos bráquetes de metal, que torna óbvio o tratamento até para um observador ocasional e, mais importante, não é cosmeticamente agradável. Para melhorar a aparência cosmética, certos bráquetes ortodõnticos utilizam um corpo de bráquete feito de um material não metálico transparente ou translúcido, tal como resina de polímero ou uma cerâmica. A natureza transparente ou translúcida do bráquete pode permitir que a cor ou a tonalidade do dente subjacente se mostre através do bráquete. Por essa razão e em comparação com os bráquetes metálicos, os bráquetes transparentes ou translúcidos são menos notados e são, portanto, mais desejáveis.

Embora ultrapassem esteticamente os bráquetes metálicos, os bráquetes cerâmicos são conhecidos fraturar mais facilmente do que os bráquetes de metal, que têm maior probabilidade de deformar em lugar de fracassar catastroficamente. Por consequência, existe a necessidade de um bráquete cerâmico que tenha uma resistência maior aos esforços elásticos e às flexão e supere outras deficiências dos bráquetes cerâmicos conhecidos.

Sumário Para estas finalidades, numa modalidade da invenção, um bráquete ortodôntico para acoplamento de um arco com um dente compreende um corpo de bráquete moldado de injeção de cerâmica (CIM) que é configurado de forma a ser montado no dente e que inclui uma fenda de arco que é configurada para nela receber o arco. O corpo de bráquete de CIM compreende uma cerâmica policristalina e um primeiro revestimento de alumina ou dióxido de silício em contato contínuo e direto com pelo menos uma parte do corpo de bráquete de CIM, incluindo as superfícies da fenda do arco.

Noutra modalidade, um bráquete ortodôntico para acoplamento de um arco com um dente compreende um corpo de bráquete moldado de injeção de cerâmica (CIM) configurado para ser montado no dente e que inclui uma fenda de arco que é configurada para nela receber o arco. O corpo de bráquete de CIM compreende uma cerâmica policristalina e um primeiro revestimento que consiste essencialmente em alumina em contato com pelo menos uma parte do corpo de brãque-te de CIM, incluindo as superfícies da fenda do arco.

Noutra modalidade, um bráquete ortodôntico para acoplamento de um arco com um dente compreende um corpo de bráquete moldado de injeção de cerâmica (CIM) que é configurado para ser montado no dente e que inclui uma fenda de arco que é configurada para nela receber o arco. O corpo de bráquete de CIM compreende uma cerâmica policristalina tendo uma distribuição de tamanho de grão caracterizada por um tamanho de grão médio na faixa de maior do que 3,4 pm até mais ou menos 6 pm e um primeiro revestimento de alumina ou dióxido de silício em contato contínuo e direto com pelo menos uma parte do corpo de bráquete de CIM, incluindo as superfícies da fenda do arco.

Noutra modalidade da invenção, um método de fabricar um bráquete ortodôntico para acoplamento de um arco com um dente compreende proporcionar uma mistura de um pó cerâmico e um ligante; injetar a mistura numa cavidade de molde para formar um corpo de bráquete moldado; aquecer o corpo de bráquete moldado para remover substancialmente o ligante do corpo de bráquete moldado; sinterizar o corpo de bráquete moldado para formar um corpo de bráquete moldado de injeção de cerâmica (CIM) que é configurado para ser montado no dente; formar uma fenda do arco no corpo de bráquete de CIM que é configurado para nela receber o arco; e formar um revestimento de alumina ou dióxido de silício em contato contínuo e direto com o corpo de bráquete de CIM sobre pelo menos uma parte do corpo de bráquete de CIM, incluindo a fenda do arco.

Ainda noutra modalidade, um bráquete ortodôntico para acoplamento de um arco a um dente compreende um corpo de bráquete moldado de injeção de cerâmica (CIM) que é configurado para ser montado no dente e que inclui uma fenda do arco que é configurada para nela receber o arco. O corpo de bráquete de CIM compreende uma cerâmica policristalina tendo uma distribuição de tamanho de grão caracterizada por um tamanho de grão médio na faixa maior do que 3,4 pm até mais ou menos 6 pm e um revestimento de uma cerâmica em contato direto e contínuo com pelo menos uma parte do corpo de bráquete de CIM, incluindo as superfícies da fenda do arco.

Breve Descrição dos Desenhos Os desenhos anexos, que são incorporados e constituem uma parte deste Relatório Descritivo, ilustram modalidades da invenção e, com a descrição geral dada acima, em conjunto com a descrição detalhada dada abaixo, servem para explicar vários aspectos da invenção. A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um bráquete ortodôntico, de acordo com uma modalidade da invenção; as Figuras 2A, 2B e 2C são micrografias eletrônicas toma- das numa ampliação de 500X de superfícies de fendas de arco conforme formadas de um corpo de bráquete moldado de injeção de cerâmica (CIM) que representa defeitos associados aos processos de moldagem por injeção de cerâmica; a Figura 2D é uma micrografia eletrônica tomada numa ampliação de 160X de uma superfície de fenda de arco conforme formada de um corpo de bráquete de CIM que representa uma pluralidade de defeitos associados a injeção processos de moldagem de cerâmica; a Figura 3 é um esquema de um revestimento de camadas múltiplas sobre um corpo de bráquete de CIM, de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 4A é um micrografia eletrônica tomada em ampliação de 1.000 X da superfície de um corpo de bráquete de CIM que representa a microestructura da superfície do corpo de bráquete de CIM, de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 4B é uma micrografia eletrônica de um corte transversal de um corpo de bráquete de CIM que representa a microestructura dentro do corpo de bráquete de CIM, de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 5A é uma vista em perspectiva de um bráquete fixado a um suporte de esfera de aço inoxidável, de acordo com um procedimento para medir a resistência ao torque de um bráquete ortodôntico; a Figura 5B é uma vista em perspectiva do conjunto de suporte/esfera da Figura 5A montado com um braço de torque, de acordo com o procedimento para medir a resistência de torque de um bráquete ortodôntico; a Figura 5C é uma vista em perspectiva do braço de torque representado na Figura 5B montado com um posicionador de braço, de acordo com o procedimento para medir a resistência de torque de um bráquete ortodôntico; a Figura 5D é uma vista em projeção lateral do braço de torque da Figura 5B montado com o posicionador de braço da Figura 5C que ilustra a sua posição relativa a um êmbolo de compressão de um Instron 5542; a Figura 5E é uma vista em projeção frontal do posicionador de braço e o êmbolo de compressão do Instron 5542 ilustrando um pivô de braço de torque alinhado com um recesso no êmbolo de compressão; e as Figuras 6A e 6B são micrografias eletrônicas tomadas numa ampliação de 1.000 X de superfícies de fratura expostas de modalidades da invenção.

Descrição Detalhada Um bráquete ortodôntico exemplificativo 10 de acordo com uma modalidade da presente invenção é representado na Figura 1. O bráquete ortodôntico 10 compreende um corpo de bráquete moldado de injeção de cerâmica (CIM) 12 compreendendo uma cerâmica policrista-lina e um revestimento 14 de alumina (A103), dióxido de silício (Si02), zircônia (Zr02) ou outra cerâmica, tal como outro óxido, nitreto ou boreto, cobrindo pelo menos uma parte do corpo de bráquete de CIM 12. Os inventores descobriram que o revestimento 14 inesperadamente melhora a resistência de torque do corpo de bráquete de CIM 12 e contraria os efeitos de defeitos de superfície únicos associados ao processo de moldagem por injeção de cerâmica que não são tipicamente encontrados através de outros métodos de fabrico. O revestimento 14 é descrito em maior detalhe abaixo. O bráquete ortodôntico 10 pode também incluir um membro de fechamento móvel acoplado ao corpo do bráquete de CIM 12. O membro de fechamento móvel pode incluir um cursor de ligação 16 ou outro fecho mecânico acoplado ao corpo de bráquete de CIM 12. O cursor de ligação 16 pode ser móvel entre uma posição aberta, como mostrado na Figura 1, e uma posição fechada (não mostrada). Embora um bráquete auto-ligante esteja representado na Figura 1, modalidades da presente invenção não são limitadas a bráquetes auto-ligantes, mas, são igualmente aplicáveis a vários outros tipos de bráquetes ortodônti-cos incluindo bráquetes ortodôntico do tipo amarração (isto é, que exigem ligaduras) conhecidos na técnica de tratamento ortodôntico.

Com referência à Figura 1, o corpo de bráquete de CIM 12 inclui uma fenda de arco 18 nele formada e adaptada para receber um arco 20 (mostrada a tracejado) para aplicar forças corretivas aos dentes, quando o corpo de bráquete de CIM 12 for fixado no dente do paciente. Quando montado na superfície labial de um dente portado no maxilar superior do paciente, o corpo de bráquete de CIM 12 tem um lado lingual 22, um lado oclusal 24, um lado gengival 26, um lado mesial 28, um lado distai 30 e um lado labial 32. O lado lingual 22 do corpo de bráquete de CIM 12 é configurado para ser fixado no dente de qualquer maneira convencional, tal como por um cimento ou adesivo ortodôntico apropriado ou por uma faixa ao redor um dente adjacente (não mostrado). O lado lingual 22 pode, além disso, ser provido de um bloco 33 que define uma base de ligação 34 adaptada para ser fixada à superfície do dente. O corpo de bráquete de CIM 12 inclui uma superfície de base 36 e um par de superfícies de fenda opostas 38, 40 projetando-se labialmente a partir da superfície de base 36 que define coletivamente a fenda do arco 18 estendendo numa direção mesial-distal do lado mesial 28 até o lado distai 30.

Consequentemente, com referência à Figura 1 e numa modalidade da presente invenção, o revestimento 14 cobre pelo menos as superfícies 36, 38 e 40 da fenda do arco 18. O revestimento 14 pode ser colocado, porém, sobre outras superfícies, tal como qualquer um ou mais dos lados 22, 24, 26, 28, 30 e 32 do corpo de bráquete de CIM 12. Por exemplo, o revestimento 14 pode ser colocado sobre aquelas superfícies que experimentam contato com o arco 20, sobre regiões do corpo de bráquete de CIM 12 onde é sabido que ocorrem os defeitos do processo de moldagem por injeção e/ou em superfícies que experimentam forças de tração durante o uso ou instalação. Alternativamente, o revestimento 14 pode revestir substancialmente todas as superfícies visíveis do corpo do bráquete de CIM 12. Será observado que a colocação do revestimento 14 pode depender do processo usado para formar o revestimento 14.

Como proporcionado acima, o corpo de bráquete de CIM 12 é formado por um processo de moldagem por injeção de cerâmica, como é conhecido na técnica, e pode ser feito por moldadores de injeção de cerâmica, tais como Tosoh Corporation, Toyko, Japão, e Ceradyne Inc., Costa Mesa, Califórnia. Por exemplo, o corpo de bráquete de CIM 12 pode ser feito misturando um pó cerâmico, tal como pó de alumina, com um ou mais ligantes para formar uma pasta ou suspensão espessa. O ligante (por exemplo, um termoplãstico ou polímero de termocura ou uma cera) pode ser formulado de modo a facilitar tanto o fluxo da pasta durante a injeção como a queima ou remoção durante uma operação subsequente desligamento ou pré-sinterização. A pasta pode ser aquecida entre 100°C e 200°C antes da injeção. Uma prensa hidráulica de alta pressão pode ser usada para injetar a pasta aquecida numa cavidade do molde em pressões até 100 MPa, entretanto mais ou menos pressão pode ser usada dependendo da viscosidade da pasta, tipo do pó e outros fatores do processo. A cavidade de molde corresponde pelo menos parcialmente à forma do corpo de bráquete de CIM 12 ajustado para ter em conta a contração, se houver, durante uma operação subsequente de sinterização. Além disso, a fenda do arco 18 pode ser completamente formada, parcialmente formada ou não formada pela cavidade de molde. A seguir à moldagem por injeção, o corpo de bráquete de CIM moldado é sujeito a aquecimento a temperaturas conhecidas na técnica para remover os ligantes. Por exemplo, para a alumina, a remoção do ligante pode ocorrer a temperaturas entre 200°C e 700°C. A seguir à remoção do ligante, o corpo de bráquete de CIM moldado pode ser pré-sinterizado por aquecimento adicional. A pré-sinterização da alumina de alta pureza (mais ou menos 99,95 % em peso de alumina) pode ocorrer a temperaturas entre 900°C e 1.200°C. A seguir à pré-sinterização, o corpo de bráquete de CIM pré-sinterizado 12 é sinteriza-do. A temperatura de sinterização pode estar entre 1.400°C e 1.800°C, dependendo, por exemplo, da distribuição de tamanho de partícula do pó de partida, de outros fatores do processo e da distribuição de tamanho de grão da cerâmica policristalina, que é descrita em mais detalhe abaixo. Noutras modalidades, o corpo pré-sinterizado de CIM moldado por injeção pode ser isostaticamente prensado a quente (HiPed) a pressões de 68 MPa até 207 MPa, enquanto a temperaturas entre 1.300°C e 1.600°C, como é conhecido na técnica. Será observado que pode ser utilizado HiPed além da operação sinterização. A seguir à sinterização e/ou HiPed, o corpo de bráquete de CIM 12 compreende uma cerâmica policristalina caracterizada por uma distribuição de grãos. Numa modalidade, a cerâmica policristalina compreende alumina tendo uma distribuição de tamanho de grão caracterizada por um tamanho de grão médio numa faixa maior do que 3,4 pm até mais ou menos 6 pm. Como é descrito abaixo, a cerâmica policristalina tendo um tamanho de grão médio nesta faixa inesperadamente exibe alta dureza de fratura.

Numa modalidade, a seguir à sinterização e/ou HiPed, o corpo de bráquete de CIM 12 é temperado, isto é, aquecido a uma temperatura e mantido por um tempo suficiente para modificar mais a distribuição de tamanho de grão. A modificação da distribuição de tamanho de grãos pode acontecer a temperaturas de cerca de 1.300°C ou mais altas. Todavia, as temperaturas mais altas ou mais baixas do que 1.300°C podem modificar a distribuição de tamanho de grão dependendo do tempo em que o corpo de bráquete de CIM 12 é mantido à temperatura de têmpera. Por via de exemplo, o corpo de bráquete de CIM 12 pode ser mantido a aproximadamente 1.300°C durante aproximadamente 1 hora. Além disso, o corpo de bráquete pode ser aquecido numa variedade de atmosferas, incluindo, por exemplo, hidrogênio (H2), nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e argônio (Ar).

Subseqüente às operações descritas acima, em instâncias em que a fenda do arco 18 é apenas parcialmente formada ou não é formada pelo processo de moldagem por injeção, é exigida uma operação de moagem para formar completamente a fenda do arco 18 no corpo de bráquete de CIM 12. Por via de exemplo e sem limitação, a fenda do arco 18 pode ser moída com um disco impregnado de diamante de malha de 240/320.

Embora a moldagem por injeção de cerâmica seja um processo econômico para constituir formas complexas, tais como bráquetes ortodônticos, ele ocasiona defeitos que são únicos entre as operações de formação de pó cerâmico. Os defeitos podem ser o resultado de mistura deficiente, controle de pressão ou temperatura deficiente durante a injeção, projeto do molde ou defeitos no molde a partir de desgaste operacional, entre outros. Os exemplos de defeitos de superfície associados â moldagem por injeção de cerâmica são representados nas Figuras 2A, 2B, 2C e 2D. Os defeitos incluem, mas, sem limitação, variações localizadas de densidade do pó/ligante no corpo de bráquete de CIM 12 que podem ocasionar imperfeições de superfície, tais como bolhas, nas áreas ricas em ligante. As bolhas frequentemente estouram durante a operação de queima do ligante deixando defeitos na superfície, tal como mostrado na Figura 2A. Por via de exemplo adicional, a Figura 2B ilustra a extremidade da parte inferior de uma superfície de uma fenda do arco que tem defeitos múltiplos. De modo semelhante, a Figura 2C ilustra outros defeitos na fenda do arco e a Figura 2D, que foi tomada em ampliação mais baixa, ilustra a prevalência de defeitos nas superfícies de uma fenda do arco. Outros defeitos incluem fraturas, poros ou tanto fraturas como poros. Estes defeitos podem ser o resultado de desgaste de ferramentas, grudamento entre o ligante e a superfície do molde ou bolhas, para nomear apenas alguns. Em alguns casos, as variações de densidade do pó/ligante ocasionam áreas não homogêneas que criam tensões residuais no corpo de bráquete de CIM 12 que são subsequentemente aliviadas pela formação de microfraturas.

Os defeitos são particularmente problemáticos quando acontecem em ou em torno da fenda do arco 18, como mostrado nas Figuras 2A-2D, ou em áreas de alto esforço tênsil. Uma pessoa qualificada na técnica observará que para corrigir o desalinhamento de um dente, o arco 20 pode aplicar torque ao corpo do bráquete de CIM 12 para pressionar o dente para a sua posição ortodonticamente correta. O torque a partir do arco 20 forma esforços tênseis no bráquete ortodôntico 10. As forças tênseis são aumentadas pela presença dos defeitos descritos acima. Se as forças tênseis, quando aumentadas por qualquer defeito único, excederem a resistência do bráquete cerâmico, o bráquete cerâmico fratura. Tipicamente, os bráquetes cerâmicos falham a níveis de tensão bem abaixo do que seria predizí-vel com base na resistência teórica do material cerâmico.

Num esforço para resolver os problemas associados especificamente com os corpos de bráquete feitos por moldagem por injeção de cerâmica, os inventores descobriram que o revestimento 14 sobre uma parte do corpo de bráquete de CIM 12, incluindo as superfícies 36, 38 e 40 da fenda do arco 18, melhora inesperadamente a resistência ao torque do bráquete ortodôntico 10. Em particular, o bráquete ortodôntico 10 da presente invenção é caracterizado por resistências ao torque mais elevadas do que um corpo de bráquete do mesmo projeto sem o revestimento 14. Apenas à guisa de exemplo, um aperfeiçoamento na resistência ao torque sobre um corpo de bráquete conforme moldado pode ser de pelo menos aproximadamente 5%; num exemplo adicional, o aperfeiçoamento da resistência ao torque pode ser de pelo menos cerca de 20%; e, num exemplo adicional, pode ser de pelo menos aproximadamente 60%. De modo vantajoso, o bráquete ortodôntico 10 tem menos probabilidade de falhar durante a manipulação, instalação ou, mais importante, durante o uso clínico. O risco de ingestão ou inalação do bráquete fraturado por um paciente é, portanto, menor; o paciente suporta menos, se houver, reposições de bráquetes; e o tratamento ortodôntico procede mais depressa. Além disso, o bráquete ortodôntico 10 é esteticamente agradável de tal forma que o paciente fica menos tímido durante o tratamento.

Numa modalidade, o revestimento 14 é amorfa (a um material amorfo falta ordem a longo termo na estrutura atômica e não é caracterizado por picos de difração de raios X nitidamente definidos). Em lugar de ser amorfo, noutra modalidade, o revestimento 14 compreende nanocristais, que podem medir apenas duas ou três células de unidade, mas, geralmente menos do que 100 nm através de qualquer dimensão. Numa modalidade, o revestimento 14 compreende cristais tais que a microestructura do revestimento 14 é melhor que a microestructura do corpo de bráquete de CIM 12. Por via de exemplo, o tamanho médio dos cristais no revestimento 14 pode ser menor do que um tamanho de grão médio do corpo de brã-quete de CIM 12. Numa modalidade, o revestimento 14 compreende alumina ou dióxido de silício de alta pureza. Os cristais ou nanocris-tais de alumina ou dióxido de silício não são contidos, mesmo em parte, por uma matriz de outro material, tal como uma matriz de vidro. Ao invés, a alumina ou dióxido de silício na forma de nanocris-tais ou na forma amorfa está em comunicação contínua e direta com o corpo de brãquete de CIM 12. Além disso, noutra modalidade, um revestimento 14 de alumina é pelo menos cerca de 87,5 % em peso de alumina. Num exemplo adicional, a alumina é pelo menos aproximadamente 99 % em peso de alumina. Ainda noutro exemplo, a alumina é pelo menos cerca de 99,5 % em peso de alumina. Numa modalidade, o revestimento 14 consiste essencialmente em alumina. Conforme aqui usado, “consistindo essencialmente em” significa que nenhuns outros elementos são intencionalmente adicionados ao revestimento 14. Todavia, o conteúdo de impureza de outros elementos a partir das matérias-primas ou do processo de fabricação pode ser tido em consideração.

Numa modalidade, o revestimento 14 pode ser um filme fino de alumina ou dióxido de silício formado por deposição do revestimento em vapor 14. O revestimento depositado em vapor pode ser formado por técnicas de deposição de filme conhecidas na técnica, tais como deposição de vapor físico (PVD) ou deposição de vapor químico (CVD), embora outras técnicas de deposição de filme possam ser igualmente apropriadas. O revestimento 14 tem uma espessura de alguns ângs-trons (por exemplo, duas ou três células de unidade primitivas de espessura de alumina ou dióxido de silício) até mais ou menos 15 pm ou podem ter outras espessuras que não diminuem a partir da apa- rência do corpo de bráquete de CIM 12, ao mesmo tempo em que proporcionam resistência ao torque melhorada. Por exemplo, o revestimento 14 pode ser de espessura mínima para produzir um revestimento contínuo levando em conta a aspereza da superfície do corpo de bráquete de CIM 12. Especificamente, se a aspereza da superfície do corpo de bráquete de CIM 12 for de 0,1 pm Ra, então, a espessura do revestimento pode ser, em média, de mais ou menos 0,1 pm ou ligeiramente mais espessa para formar um revestimento contínuo através da superfície do corpo de bráquete de CIM 12. Num exemplo adicional, a espessura de revestimento pode estar entre aproximadamente 1 pm e mais ou menos 2 pm e, noutro exemplo, o revestimento 14 é de cerca de 1,5 pm de espessura.

Com referência à Figura 3, noutra modalidade, são formados revestimentos adicionais sobre o revestimento 14 para criar um revestimento de camadas múltiplas 42 sobre o corpo de bráquete de CIM 12. Por exemplo, um segundo revestimento 44 pode ser formado sobre pelo menos uma parte do revestimento 14 por métodos semelhantes usados para formar o revestimento 14, descrito acima. Numa modalidade mostrada na Figura 3, o segundo revestimento 44 está em comunicação contínua e direta com o revestimento 14. O segundo revestimento 44 pode ser uma cerâmica, tal como alumina, outro óxido transparente, nitreto ou boreto que adere ao revestimento 14. Alternativamente, o segundo revestimento 44 pode ser um material que não seja inerentemente transparente ou translúcido, mas, tenha uma espessura que seja suficientemente fina para fazer o revestimento de camadas múltiplas 42, compreendendo o segundo revestimento 44 prontamente transparente ou translúcido. O segundo revestimento 44 pode situar-se numa faixa a partir de alguns ângstrons de espessura até mais ou menos 15 pm de espessura. Num exemplo adicional, o segundo revestimento 44 pode estar entre aproximadamente 1 pm e mais ou menos 2 pm de espessura ou, ainda noutro exemplo, cerca de 1,5 pm de espessura.

Como é representado na Figura 3, em outra modalidade, um terceiro revestimento 46 pode ser formado sobre pelo menos uma parte do segundo revestimento 44. O terceiro revestimento 46 pode ser o mesmo material que o segundo revestimento 44 ou o revestimento 14 ou o terceiro revestimento 46 pode ser uma cerâmica diferente que adere ao segundo revestimento 44 e a qualquer parte do revestimento 14 e do corpo de brãquete de CIM 12 que não seja coberta pelo segundo revestimento 44. Em lugar de ter substancialmente a mesma espessura (como mostrado na Figura 3), os revestimentos individuais 14, 44, 46 podem ter espessuras diferentes. O revestimento de camadas múltiplas 42, global, é transparente ou translúcido de tal modo que as características estéticas do bráquete podem não ser comprometidas pelo revestimento de camadas múltiplas 42. Embora o revestimento de camadas múltiplas 42 seja representado como compreendendo três camadas, as pessoas qualificadas na técnica observarão que podem ser adicionadas camadas adicionais, de acordo com os princípios aqui descritos.

Camadas adicionais que formam o revestimento de camadas múltiplas 42, como mostrado na Figura 3, podem ser realizadas, por exemplo, rodando o corpo de brãquete de CIM 12 tendo qualquer revestimento previamente aplicado fora de um processo de revestimento e num ou mais processos de revestimento adicionais. Alternativamente, o revestimento de camadas múltiplas 42 pode ser formado pulsando ou ciclizando a fonte de energia do processo de revestimento de tal maneira que sejam formadas uma ou mais camadas discretas adicionais.

Noutra modalidade da invenção, uma parte da superfície do corpo de brãquete de CIM 12 é removida antes do revestimento. Por via de exemplo, a parte da superfície removida pode incluir todas as superfícies visíveis do corpo de bráquete de CIM 12 ou pode incluir as superfícies dentro da fenda do arco. Acredita-se que removendo os defeitos de superfície conforme formados a partir do corpo de bráquete de CIM 12 antes do revestimento do corpo de bráquete de CIM 12 intensificará mais a resistência ao torque. Uma melhoria na resistência ao torque sobre um corpo de bráquete conforme moldado pode ser de pelo menos aproximadamente 5%; num exemplo adicional, a melhoria da resistência ao torque pode ser de pelo menos cerca de 20%; e, num exemplo adicional, pode ser de pelo menos aproximadamente 60%. A profundidade removida é suficiente para remover os defeitos associados à moldagem por injeção e quaisquer processos subseqüentes que são descritos acima. Numa modalidade, até mais ou menos 15 pm da superfície do corpo de bráquete de CIM 12 são removidos antes do revestimento. Remover uma parte da superfície pode incluir moer, cauterizar a superfície com uma fonte de plasma, cauterizar a superfície com um ácido (por exemplo, fosfórico, sulfúrico ou outro ácido capaz de cauterizar um material cerâmico), moer a superfície por íons ou fundir a superfície com um laser ou uma combinação dos mesmos.

Ainda noutra modalidade, a superfície do corpo de bráquete de CIM 12 pode ser tratada bombardeando a superfície com íons. O bombardeio de íons pode ocorrer a seguir ã remoção de uma parte da superfície do corpo de bráquete de CIM 12 ou antes do revestimento como uma superfície conforme moldada. O bombardeio de íons pode incluir bombardeio de íons de metal para implantar íons na superfície do corpo de bráquete de CIM 12 ou pode incluir bombardeio de íons de metal misturados seguidos por bombardeio de íons de gás nobre. Acredita-se que implantar íons na superfície via um ou mais dos processos prévios conferirá um esforço residual de compressão na superfície do corpo do bráquete de CIM 12. A resistência ao torque pode ser observada para aumentar em pelo menos aproxima- damente 5% sobre um corpo de bráquete conforme moldado; num exemplo adicional, a melhoria na resistência ao torque pode ser pelo menos de aproximadamente 20%; e, num exemplo adicional, pode ser de pelo menos cerca de 60% sobre um corpo de bráquete conforme moldado. Sem pretender ficar limitado pela teoria e com referência à Figura 1, os inventores acreditam que o revestimento 14 de alumina ou óxido de silício melhora inesperadamente a resistência média ao torque do corpo de bráquete de CIM 12, porque o revestimento 14 diminui a fricção entre o arco 20 e a fenda do arco 18 e impede que o arco 20 abrase ou faça cavados no corpo de bráquete de CIM 12 em qualquer posição única ou ao longo de uma linha dentro da fenda do arco 18. Isto minimiza o potencial de indução de microfraturas no corpo de bráquete de CIM 12. Além disso, o revestimento 14 pode impedir defeitos de superfície (por exemplo, aqueles mostrados nas Figuras 2A-2D) na superfície do corpo de bráquete de CIM 12 de se abrirem, quando sujeitos a cargas tênseis. O revestimento 14 pode também formar esforços de compressão na superfície do corpo de bráquete de CIM 12. Portanto, esforços tênseis gerados por torque a partir do arco 20 devem, primeiro, superar os esforços de compressão induzidos na superfície antes que seja experimentada um esforço de tensão líquida na superfície do corpo de bráquete de CIM 12.

Em algumas instâncias, as tensões podem ser divididas para o revestimento 14 de tal modo que as fraturas que se formam sejam de formação mais provável na superfície do revestimento 14 em lugar de no corpo do bráquete de CIM 12. Acredita-se que as fraturas que se iniciam na superfície do revestimento 14 se desloquem para a interface entre o revestimento 14 e o corpo de bráquete de CIM 12 onde são defletidas. Ao defletir a fratura, o comprimento da fratura deve necessariamente aumentar. Ao aumentar o comprimento da fratura, a força de tração exigida para propagar a fratura para o corpo de bráquete de CIM 12 aumenta e, como resultado, a resistência ao torque é melhorada. Com referência à Figura 3, se forem usadas múltiplas camadas de revestimento, o trajeto de propagação da fratura 48 pode ser mais estendido, não só pela espessura de cada camada, mas também pela propensão da fratura em propagar-se ao longo da interface entre cada camada conforme mostrado. A fim de facilitar uma compreensão mais completa da invenção, são proporcionados os seguintes exemplos não limitativos.

Exemplos Brãquetes de amostra de dois projetos de brâquete auto-ligantes diferentes (Molde A e Molde C, respectivamente) foram adquiridos a partir de Tosoh Corporation, Tóquio, Japão. Foram usadas duas composições de alumina policristalinas diferentes para moldar os brãquetes do Molde A e do Molde C. Uma das composições de alumina de Tosoh Corporation foi identificada com a designação PXA-800-A (em seguida, “composição de alumina #la”) e a outra foi identificada como PXA801-A (em seguida “composição de alumina #2”). A diferença conhecida entre as duas composições de alumina é a relação ligante/pó usada durante o processo de moldagem por injeção de cerâmica. A composição de alumina #2 tinha mais ligante do que a composição de alumina #1. Além de especificar a composição de alumina (isto é, composição de alumina #1 ou composição de alumina #2) a partir das quais se formam os brãquetes, o tamanho de grão médio desejado da microestructura dos brãquetes foi também especificado. Por via de exemplo apenas e não limitação, a microestructura da superfície exterior do corpo de brâquete de CIM recebido a partir de Tosoh é mostrada na Figura 4A e a microestructura interna do corpo de bráque-te de CIM é mostrada na Figura 4B. Uma parte dos brãquetes conforme recebidos foi sujeita a tratamento de superfície adicional como descrito abaixo e foram agrupados consequentemente. A resistência ao torque de cada brâquete foi medida como se segue.

Com referência à Figura 5A, cada bráquete de amostra 50, seguindo o tratamento de superfície, se for o caso, era individualmente ligado a um suporte de esfera de aço inoxidável de um vírgula três centímetros (meia polegada) 52 (a superfície da esfera de aço foi cauteri-zada antes da ligação) com um adesivo (por exemplo, Loctite® 480, P/N 48040, Henkel Loctite Corporation, Rocky Hill, Connecticut). A montagem do suporte 52 e bráquete de amostra 50 foi pulverizada com um acelerador (por exemplo, Loctite® 712) para curar completamente o adesivo. Um arco retangular 54 (por exemplo, de 0,46 mm por 0,55 mm) (0,018 polegadas por 0,025 polegadas) de aço inoxidável, Ormco Part No. 254-1825, ou 0,46 mm por 0,71 mm (0,0215 polegada por 0,028 polegadas) de arco de aço inoxidável, Ormco Part No. 254-1528) foi cortado em comprimentos de 2,5 cm (1 polegada) para uso com os bráquetes. Outros arcos de diferentes dimensões foram também usados como indicado abaixo. A característica de auto-ligação de cada bráquete foi removida. O arco de corte de tamanho apropriado foi inserido na fenda de arco de cada bráquete de amostra 50. Cada arco 54 foi ligado a um bráquete com um anel em O elastomérico, nomeadamente um Molded Power “O” (2,80 mm; 0,110 polegadas) de Ormco Corporation (Ormco Part No. 640-0074) usando um posicionador elástico (Ormco Part No. 801-0039) cuidando de evitar um ajuste folgado entre o arco e a fenda do arco. Em outras palavras, o arco foi selecionado para ajustar-se confortavelmente, mas ainda acomodado, dentro da fenda do arco.

Com referência às Figuras 5A e 5B, o arco ligado 54 do bráquete de amostra 50 ligado ao suporte de esfera 52 foi fixado com um braço de torque 56 para medição da resistência de torque num Instron 5542. Como mostrado na Figura 5A, o lado gengival do bráquete 50 foi orientado para face de uma maneira para cima para acoplar ao braço de torque 56. O braço de torque 56, como mostrado na Figura 5B e 5C, era uma barra de aço com uma extremidade bifurcada 57 tendo entalhes tanto na direção vertical, para liberação em torno do bráquete 50, como na direção horizontal, para permitir ligar-se ao arco 54 que protrai a partir de cada lado do bráquete de amostra 50. Para acomodar os diferentes tamanhos de arco, foram usados vários braços de torque, tendo, cada um, tamanho diferente de entalhe horizontal. O entalhe horizontal na extremidade bifurcada 57 foi dimensionado para acomodar um tamanho de arco (por exemplo, para acomodar arcos de 0,48 mm por 0,64 mm (0,019 polegada por 0,025 polegadas), 0,53 mm por 0,71 mm (0,021 polegadas por 0,028 polegadas) ou 0,53 mm por 0,64 mm (0,021 polegadas por 0,025 polegadas). Todavia, as outras dimensões do braço de torque permaneceram as mesmas. Cada braço de torque 56 era de um comprimento de aproximadamente 4,06 cm (1,6 polegadas) a partir da extremidade bifurcada 57 até um pivô de braço de torque 62 onde a carga deve ser aplicada. Além do comprimento, a parte da extremidade bifurcada 57 para lado do entalhe vertical media 3,8 mm (0,150 polegadas) de largura e os entalhes verticais para liberação em torno do bráquete 50 media 5,1 mm (0,200 polegadas) de largura por 3,8 mm (0,150 polegadas) de profundidade. Com referência à Figura 5C, o braço de torque 56 era seguro numa fenda de fixação de um posicionador de braço 60 que coopera com o Instron 5542. O suporte de esfera 52 foi fixado num mandril de 1,3 cm (meia polegada) 5C (não mostrado) para prender o braço de torque 56 e o posicionador de braço 60 horizontalmente e perpendicular à direção da carga a ser aplicada pelo embolo de compressão 58 do Instron 5542, como mostrada na Figura 5D. Com referência à Figura 5E, o posicionador de braço 60 foi alinhado com pivô de braço de torque 62 num recesso 64 formado na extremidade do êmbolo de compressão 58. O Instron 5542 tinha uma célula de carga estática de ±100N e era operado com a versão de software 2.13 do Bluehill 2. A resistência ao torque de cada amostra foi medida deslocando o braço de torque /braço do posicionador (no pivô do braço de torque 62) com o êmbolo de compressão 58 a uma taxa de 20 mm/minuto até que o bráquete de amostra quebrasse. A resistência média ao torque para cada grupo foi calculada a partir de cada carga do bráquete na ruptura de acordo com o procedimento precedente.

Tabela 1 Bráquetes do Molde A

Notas: 1 alumina policristalina da composição de alumina # 1 2 alumina policristalina da composição de alumina #2 Os bráquetes de amostra da Tabela 1 eram todos de um projeto de bráquete de auto-ligação designado “Molde A”. Para todos os bráquetes, o raio do canto da fenda do arco era de 0,13 mm (0,005 polegadas).

Os bráquetes do Grupo A, B e C tinham um projeto de base plana e eram feito da composição de alumina # 1. O molde usado para formar os bráquetes dos Grupos A, B e C não era polido. Os arcos ligados aos bráquetes do Grupo A, B e C eram feitos de aço inoxidável e tinham um corte transversal de 0,53 mm (0,021 polegadas) por 0,71 mm (0,028 polegadas).

Os bráquetes dos Grupos D, E e F tinham um projeto de base oval e eram formados da composição de alumina #2. A parte do molde que formou a fenda de arco dos bráquetes dos Grupos D, E e F eram polidos. Os arcos usados nos bráquetes do Grupo E eram feitos de aço inoxidável e tinham um corte transversal de 0,53 mm (0,021 polegadas) por 0,71 mm (0,028 polegadas). Os arcos usados nos bráquetes do Grupos D, F e G eram também feitos de aço inoxidável mas mediam 0,48 mm (0,019 polegadas) por 0,64 mm (0,025 polegadas).

Como notado na Tabela 1, os bráquetes dos Grupos A e D foram testados na condição conforme moldados, isto é, não foram sujeitos a nenhuns processos de usinagem, cauterização nem revestimento da superfície subsequente.

Os bráquetes de amostra do Grupo B foram cauterizados com uma solução sobressaturada de tetra-borato de sódio. Os bráquetes de amostra cauterizados com a solução sobressaturada de tetra-borato de sódio foram submersos na solução durante pelo menos 30 segundos até alguns minutos. Os bráquetes de amostra foram, então, aquecidos a aproximadamente 15°C/minuto a uma temperatura entre aproximadamente 850°C e mais ou menos 900°C e mantidos nessa faixa de temperatura durante entre 15 e 30 minutos.

Os bráquetes de amostra do grupo C e F foram revestidos com alumina sputtered com rádio-frequência (RF) PVD tendo uma espessura de cerca de 1 pm a cerca de 2 pm sobre as superfícies visíveis do bráquete, incluindo a fenda do arco. A análise de difração de raios X de alguns dos revestimentos foi inconclusiva quanto a se os revestimentos eram amorfos ou cristalinos. De acordo com os dados de difração de raios X, alguns dos revestimentos eram amorfos, enquanto outro exibia alguma cristalinidade, o que indica que os revestimentos podem ser cristalinos no limite ou podem ter tanto regiões amorfas como cristalinas. Foi notado que os picos de difração de raios X eram relativamente largos, como os de um material amor-fo, indicando que os revestimentos podem conter grãos cristalinos muito finos.

Os bráquetes de amostra do Grupo E foram moídos com disco de diamante de grão 240/320 para remover a superfície conforme moldada do bráquete a uma profundidade suficiente para remover defeitos associados aos processos de moldagem pelos injeção e sinterização acima descritos.

Os bráquetes de amostra do Grupo G foram revestidos com três camadas de uma alumina sputtered por RF PVD, cada uma de espessura aproximadamente igual (mais ou menos 1 pm para cerca de 2 pm cada).

Como indicado pelos dados na Tabela 1, para a composição de alumina #1, a resistência ao torque para os bráquetes de amostra revestidos de alumina de acordo com uma modalidade da presente invenção exibiu uma resistência ao torque média de cerca de 1,36N (Grupo C), que representa uma melhoria significativa na resistência ao torque média, isto é, um aumento de cerca de 7,1 % em comparação com mais ou menos 1,27N para os bráquetes conforme moldados (Grupo A) e uma melhoria de cerca de 4,6% em comparação com cerca de 1,30N para os bráquetes cauterizados (Grupo B).

Num exemplo adicional, para a composição de alumina #2, os bráquetes de amostra de acordo com uma modalidade da invenção (Grupo F) tinham uma resistência ao torque média de cerca de 1,64N, o que era uma melhoria na resistência ao torque sobre tanto os bráquetes conforme moldados do Grupo D, que tiveram uma resistência ao torque média de cerca de 1,11 N, como os bráquetes acabados com diamante do Grupo E, que tinham uma resistência ao torque média de cerca de 1,39N. Deste modo, os bráquetes revestidos (Grupo F) de acordo com uma modalidade da presente invenção eram caracterizados por um aumento inesperado na resistência ao torque média de pelo menos cerca de 47,7% sobre os bráquetes conforme moldados (Grupo D) e pelo menos aproximadamente 18,0% sobre os bráquetes acabados com diamante (Grupo E).

Tabela 2 Bráquetes do Molde C

Notas 1 alumina policristalina da composição de alumina # 1 2 alumina policristalina da composição de alumina #2 Com referência, agora, à Tabela 2, também foram medidas as resistências ao torque de um projeto diferente de bráquete de auto-ligação (Molde C). Todos os bráquetes de amostra eram de um projeto de base plana e o molde usado para formar cada um dos bráquetes foi polido antes de fazer os bráquetes. O raio do canto da fenda do arco era como moldado com um raio de 0,13 mm (0,005 polegadas).

Os bráquetes dos Grupos Η, I e J foram moldados por injeção de cerâmica da composição A #1 de alumina. O arco usado para bráquetes nos Grupos Η, I e J era feito de aço inoxidável, tendo, cada um, um corte transversal de 0,53 mm (0,021 polegadas) por 0,64 mm (0,025 polegadas).

Os bráquetes dos Grupos K, L e M foram moldados por injeção de cerâmica da composição de alumina #2. O arco usado para bráquetes nos Grupos K, L e M também era feito de aço inoxidável, mas, cada um tinha uma seção reta de 0,48 mm (0,019 polegadas) por 0,64 mm (0,025 polegadas). A Tabela 2 proporciona dados de resistência média ao torque para as amostras mensuradas na condição conforme moldadas, a seguir à cauterização com uma solução de borato de sódio supersaturado e a seguir ao revestimento com alumina, como descrito acima em conjunto com a Tabela 1.

Para o projeto de bráquete de Molde C feito da composição de alumina #1, a melhoria na resistência média ao torque entre bráquetes com um revestimento de alumina de acordo com uma modalidade da presente invenção (Grupo I) e bráquetes conforme moldados (Grupo H) é de pelo menos aproximadamente 31,4%. Além disso, os bráquetes revestidos de alumina (Grupo I) exibiram uma melhoria na resistência ao torque de pelo menos cerca de 39,4% acima dos bráquetes cauterizados (Grupo J).

De modo semelhante, para bráquetes feitos da composição de alumina #2, os bráquetes revestidos de alumina do Grupo L, de acordo com uma modalidade da presente invenção, têm uma resistência média ao torque que é pelo menos cerca de 59,7% maior do que a resistência média ao torque dos bráquetes conforme moldados do Grupo K. A resistência média ao torque dos bráquetes revestidos de alumina do Grupo L é pelo menos aproximadamente 60,9% maior do que os bráquetes cauterizados do Grupo M.

Como proporcionado acima, a melhoria na resistência ao torque do brâquete ortodôntico 10 sobre os bráquetes conforme formados, os bráquetes acabados com diamante e os bráquetes cauterizados é inesperada. Acredita-se que esta melhoria inesperada seja devida em parte à deflexão de uma fratura na interface do corpo de brâquete do revestimento/CIM, o que resultou num aumento no comprimento da fratura. A Figura 6A representa uma superfície de fratura de uma modalidade do brâquete ortodôntico 10. O brâquete ortodôntico 10 mostrado na Figura 6A era um brâquete a partir do Grupo I da Tabela 2 - bráquetes do Molde C. Como ilustrado na Figura 6A, a iniciação da fratura no revestimento 14 parece ter acontecido numa localização (indicada por uma seta 66 na Figura 6A) que é desviada do plano da fratura pelo corpo de brâquete de CIM 12. Deste modo, acredita-se que a fratura fosse defletida na interface do corpo de brâquete de revestimento/CIM de tal forma que a fratura se propagasse ao longo da interface para uma área de elevada tensão na interface entre o revestimento 14 e o corpo de brâquete de CIM 12 antes de continuar através do corpo de brâquete de CIM 12. A Figura 6B ilustra outra superfície de fratura de uma modalidade do brâquete ortodôntico 10. O brâquete ortodôntico 10 mostrado na Figura 6B era um brâquete a partir do Grupo C da Tabela 1 - bráquetes do Molde A. Todavia, neste caso, parece que a fratura se propagara a partir do revestimento 14 até o corpo de brâquete de CIM subjacente 12 de uma maneira mais direta, plana.

Conforme introduzido acima, numa modalidade da presente invenção, o corpo de bráquete de CIM 12 é feito de cerâmica policrista-lina que tem uma distribuição de tamanho de grão descrita em parte por um tamanho de grão médio na faixa maior do que 3,4 pm até cerca de 6 pm. Modalidades de cerâmica policristalina tendo um tamanho de grão médio nesta faixa são descritas no Pedido US 61/106.358 intitulado “Aesthetic Orthodontic Bracket and Method of Making Same”, depositado em 17 de outubro de 2008, cuja revelação é aqui interiramente incorporada por referência. Acredita-se que um tamanho de grão médio nesta faixa confira inesperadamente alta dureza à fratura ao corpo de bráquete de CIM 12. Assim, modalidades do bráquete ortodôntico 10 compreendendo o corpo de bráquete de CIM 12 tendo um tamanho de grão médio nesta faixa com o revestimento 14, conforme descrito acima, podem ter tanto inesperadamente elevada dureza à fratura como inesperadamente elevada resistência ao torque.

Com respeito à dureza à fratura, a cerâmica policristalina exibe, por exemplo, uma dureza à fratura média de pelo menos cerca de 3,85 MPaom1/2 e, num exemplo adicional, a cerâmica policristalina tendo um tamanho de grão médio entre cerca de 4 pm e aproximadamente 4,3 pm tem uma dureza à fratura média que excede cerca de 5,0 MPa^m1/2. Noutras palavras, a dureza à fratura média é acreditada formar pico em algum lugar na faixa acima de 3,4 pm e em ou abaixo de mais ou menos 6 pm e, com maior probabilidade, na faixa de cerca de 3,5 pm até cerca de 5,0 pm. O tamanho de grão médio como é aqui citado, pode ser determinado medindo uma pluralidade de comprimentos de grão numa seção transversal polida da cerâmica policristalina, de acordo com o método de interceptação de linha. Em particular, o tamanho de grão médio pode ser calculado a partir das medições de comprimento de grão de acordo com a equação D= 1,56(L), onde D é o tamanho de grão médio e L é o comprimento médio dos grãos. O tamanho de grão e a distribuição do tamanho de grão médio podem também ser determinados usando software comercialmente disponível, tal como software de analySIS disponível a partir de Olympus America Inc., Center Valley, PA, usando o módulo do tamanho de grão. A dureza de fratura da cerâmica policristalina pode ser determinada por pelo menos dois métodos. Um método usa uma configuração de curva de três pontos para fraturar uma barra de cerâmica policristalina que contém um defeito ou fratura de tamanho controlado ou conhecido sobre uma superfície. Numa configuração de curva de três pontos, uma barra do material é suportada de um lado em duas localizaçãoes ao longo do comprimento da barra. Cada localização é próxima de uma das extremidades da barra. A distância entre os suportes opostos é chamada de alcance de suporte. Uma carga é aplicada ao centro da barra sobre a superfície oposta tanto aos suportes como ao defeito controlado. A carga é gradualmente aumentada até que a barra frature. Esta disposição (isto é, dois suportes de um lado e uma carga aplicada entre os suportes do lado oposto) produz esforços tênseis na superfície da barra que contém o defeito de tamanho controlado.

As amostras para testes da curva de três pontos são geralmente na forma de uma barra retangular. Por exemplo, uma amostra de cerâmica policristalina para teste de dureza de fratura pode ter uma espessura de cerca de 1,00 ±0,1 mm, uma largura de cerca de 3,00 ± 0,01 mm e um comprimento de cerca de 12,00 ± 0,01 mm. Além disso, um entalhe tendo uma profundidade de cerca de 0,050 mm até mais ou menos 0,100 mm é cortado numa superfície da barra aproximadamente no ponto central da barra com um abrasivo de diamante de maneira a formar o defeito de tamanho controlado. A barra é colocada sobre um alcance de suporte, que, por exemplo, pode medir mais ou menos 9 mm. Uma carga é aplicada sobre a superfície oposta ao entalhe até que a barra frature. A dureza de fratura pode ser calculada a partir da carga na fratura de acordo com a equação: onde Kic ê a dureza de fratura do material debaixo de uma força tênsil que é orientada perpendicular a uma fratura, P é a carga na fratura, S é o alcance de suporte, w é a largura da barra, t é a espessura da barra e onde a é a média de três medições de comprimento de fratura, ai, aa e a3 ou é a profundidade de fratura de tamanho conhecido.

De acordo com outro método, a dureza da fratura pode ser calculada a partir de medições de dureza Vickers. Neste caso, a dureza de fratura pode ser calculada de acordo com a equação seguinte, onde Kic é a dureza de fratura, P é a carga de pressão, E é o módulo, HV é a dureza Vickers mensurada e c é metade da média do comprimento de fratura produzido pelo indentador de dureza Vickers. Usan- do este método, em lugar de testar urna barra da cerâmica policristali-na, a dureza de fratura pode ser mensurada num corpo de bráquete.

Numa modalidade, além cio ta.manho de grão médio descrito acima, a cerâmica policristalina é uma mistura tanto de grãos grandes como pequenos. Por via de exemplo, a cerâmica policristalina tendo uma distribuição de tamanho de grão descrita por um tamanho de grão médio na faixa de maior do que 3,4 μηι até mais ou menos 6 μηι pode compreender, além disso, grãos maiores do «que ·:> μηι de tamanho e grãos menores do «que 3,4 μηι «;le tamanho.

Além disso, numa modalidade do bráquete ortodõntico 10, o corpo «de bráquete de CIM 12 ê um cerâmica policristalina caracterizada por uma distribuição de tamanho «de grão «que não é uma «distribuição de lognormal. Por definição, uma distribuição cie lognormal é caracterizada por uma variável aleatória cujo logaritmo é normalrnen-te distribuído em torno de uma média. Come* exemplo, a distribuição de tamanho de grão de acordo da cerâmica policristalina é multimo-dal. Em particular, a distribuição de tamanho de grão pode ser uma «distri fouição birnodal.

Numa modalidade, a «distribuição de tamanho «de grão é uma distribuição birnodal tendo um primeiro pico ou modo entre um tamanho de grão cie cerca de 1 μηι e mais ou menos 5 μιη e um segundo pic o ou mc<«dc> num tamanho «;le grão maior «dc> «que mais ou menos 5 μηι. P«:*r via cie exemple*, ·:· segunde* pico pode estar entre aproximadamente 5,5 μιη e mais ou menos 7 μιη. Todavia, será observade* que «:» segundo pico ou pioos adicionais po«dem acontecer em tamanhos de grão maiores «do que 7 μιη. Também será observado «que a distribui«ção birnodal «do tamanho «de grão não descreve uma microestructura «duplex. Numa rnodcdi«dade, a «dureza de fratura média para uma cerâmica policristalina tendo urn tamanho de grão médi<:> na faixa de maior «do que 3,4 μηι até mais ou menos 6 μιη e pelo menos uma distribuição birnodal do tamanho de grão é maior do que cerca de 4,0 MPann1/2.

Além disso, os inventores identificaram que uma distribuição de tamanho de grão caracterizada por ter uma relação particular entre grãos menores do que mais ou menos 3 μιη e grãos maiores pode, além disso, intensificar a resistência à propagação de fratura. Por via de exemplo, a cerâmica policristalina pode ter uma distribuição de tamanho de grão que tem até mais ou menos 50° o d·:· número total de grãos menores do que mais ou menos 3 prn de tamanho. Por via de exemplo adicional, a cerâmica policristalina pode ter uma distribuição de tamanho de grão com o número de grãos menores do que 3 μηι de tamanho de pele* menos 10%. Numa modalidade, o número de grãos menores do que 3 μηι de tamanho é, por exemplo, entre aproximadamente 10% e mais ou menos 50% do número total de grãos. Ainda noutro exemplo, a cerâmica policristalina pode ser caracterizada por uma distribuição de tamanho de grão que tem até cerca de 90% do número total de grãos menores do que mais ou menos 10 μηι de tamanho. Num exemple* adicional, o número total de grãos menores do que cerca de 10 μηι de tamanho é de pelo menos 70%-. Portanto, numa modalidade, o número total de grãos menores do que mais ou menos 10 μηι cie tamanho está entre aproximadamente 70%. e cerca de 90%* dos grãos.

Em termos de fração de volume, de acordo com urna modalidade, a cerâmica policristalina é caracterizada por uma distribuição de tamanho de grão em que grãos maiores do que 10 μιτι de tamanho podem ocupar até 50% do volume total. Por via de exemplo, numa modalidade, os grãos maiores do que 10 μιη de tamanho podem ser pelo menos 10%. e, num exemplo adicional, os grãos maiores do que 10 μιη de tamanho podem ser de mais ou menos 10%· até 50% cio volume total. A fração de volume de grãos maiores do que cerca de 10 μηι pode ser calculada determinando o volume dos grãos cie uma faixa de tamanho particular, multiplicando aquele volume pelo númerc· total de grãos naquela faixa de tamanho e, então, dividindo pelo volume total de todos os grãos.

Sem pretender ficar limitado pela teoria, pensa-se que a cerâmica policristalina tendo uma distribuição cie tamanho de grão como descrita acima prolonga o trajeto cie propagação cia fratura em comparação com a cerâmica policristalina tenclo um tamanho de grão médio fora desta faixa. Acredita-se que a distribuição de tamanho de grão mude a direção da fratura em propagação e/ou mude o modo de propagação cia fratura. Em particular, a presença cie limites de grão pode afetar a direção de propagação da fratura e/ou o modo de propagação da fratura. Uma mudança na direção e/ou mudança no modo pode consumir comparativamente mais energia do que a energia exigida para propagar uma fratura ao longo de um trajeto reto. O modo de propagação da fratura na cerâmica policristalina é intergra-nular ou transgranular ou ambos. A propagação cia fratura intergra-nuJar segue os limites cie grão (isto é, entre grãos) enquanto a propagação de fratura transgranular é através dos grãos. Consequentemente, quando a fratura em propagação encontra um limite cie grão ou um grão, a fratura pode ser forçada a mudar de clirecão, mudar o seu modo de propagação (isto é, de transgranular para intergranular ou vice-versa) ou muclar tanto a direção como o moclo de propagação. Forçando uma mudança na direção e/ou no modo de propagaçao da fratura, aumenta o comprimento do trajeto da fratura, o que consome mais energia e, consequentemente, a dureca de fratura pode aumentar.

De acordo com a mudança cio modo cie propagação cia fratura descrita acima, numa modalidade, os inventores acreditam que aquela propagação da fratura pela cerâmica policristalina pode ser de modo misto. Isto é, se uma fratura se propaga para dentro da cerâmica policristalina, a cerâmica policristalina pode forcar a fratura a mudar o seu modo de propagação uma vez ou muitas vezes, à medida que procede através da cerâmica policristalina. A presença de grãos menores do que 10 pm de tamanho pode nutrir a propagação de fraturas intergranulares. Mas, urna fratura confrontada por um grão 10 pm de tamanho ou maior pode ser forçada a mudar para o modo transgranular de propagação. O modo misto de propagação da fratura pode, portanto, prolongar mais o trajeto de propagação e, conseqüentemente, aumenta mais a dureza da fratura da cerâmica policristalina.

Embora a presente invenção tenha sido ilustrada pela descrição cie uma ou mais modalidades da mesma e embora as modalidades tenham sido descritas com detalhe considerável, não se pretende restringir nem de forma alguma limitar o escopo das Reivindicações anexadas a esses detalhes. As vantagens e modificações adicionais aparecerão prontamente para aquelas pessoas qualificadas na técnica. A invenção, em seus aspectos mais amplos, portanto, não é limitada pelos os detalhes específicos e exemplos ilustrativos mostrados e descritos. Em consequência, podem ser feitas saídas a partir desses detalhes sem sair do escopo do conceito inventivo geral.

Claims (45)

1 - Bráquete Ortodôntico, para acoplar um arco de retração com um dente, caracterizado por que compreende: um corpo de bráquete de cerâmica moldado por injeção (CIM) configurado para ser montado no dente, incluindo uma fenda de arco configurada para nela receber o arco, compreendendo o corpo de bráquete de CIM uma cerâmica policristalina; e um primeiro revestimento de alumina ou dióxido de silício em contato contínuo e direto com pelo menos uma parte do corpo de bráquete de CIM, incluindo as superfícies da fenda do arco.

2 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro revestimento compreende uma microestruc-tura tendo um tamanho de grão médio que é menor do que um tamanho de grão médio da cerâmica policristalina.

3 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro revestimento compreende uma alumina depositada em vapor.

4 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro revestimento é amorfo.

5 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro revestimento é nanocristalino.

6 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro revestimento tem uma espessura que é igual ou maior do que a aspereza da superfície do corpo de bráquete CIM.

7 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro revestimento é entre aproximadamente lpm e mais ou menos 2pm de espessura.

8 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que uma força de torque pelo menos aproximadamente 5% maior do que o corpo de bráquete de CIM sem o primeiro revestimento.

9 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por uma força de torque pelo menos aproximadamente 20% maior do que o corpo de bráquete de CIM sem o primeiro revestimento.

10 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por uma força de torque pelo menos aproximadamente 60% maior do que o corpo de bráquete de CIM sem o primeiro revestimento.

11 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a policristalina cerâmica compreende alumina.

12 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que compreende, além disso: um segunda revestimento que compreende uma cerâmica e cobrindo pelo menos uma parte do primeiro revestimento.

13 - Bráquete Ortodôntico, para acoplar um arco a um dente, caracterizado por que compreende: um corpo de bráquete de cerâmica moldado por injeção (CIM) configurado para ser montado no dente, incluindo uma fenda do arco configurada para nela receber o arco, compreendendo o corpo de bráquete de CIM uma cerâmica policristalina; e um primeiro revestimento consistindo essencialmente em alumina em contato com pelo menos uma parte do corpo de bráquete de CIM, incluindo as superfícies da fenda do arco.

14 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizado por que o primeiro revestimento é nanocristalino.

15 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizado por que o primeiro revestimento é amorfo.

16 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizado por que o primeiro revestimento compreende uma microes-tructura tendo um tamanho de grão médio que ê menor do que um tamanho de grão médio da cerâmica policristalina.

17 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 16, caracterizado por que a policristalina cerâmica é alumina tendo um tamanho de grão médio na faixa de maior do que 3,4 pm até cerca de 6 pm.

18 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizado por que compreende ainda um ou mais revestimentos adicionais consistindo essencialmente em alumina sobrerrevestindo o primeiro revestimento.

19 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 18, caracterizado por que cada um do primeiro revestimento e dos revestimentos adicionais tem uma espessura de alguns angstrom até cerca de 15 pm.

20 - Bráquete Ortodôntico, para acoplar um arco a um dente, caracterizado por que compreende: um corpo de bráquete de cerâmica moldado por injeção (CIM) configurado para ser montado no dente, incluindo uma fenda do arco configurada para nela receber o arco, compreendendo o corpo de bráquete de CIM uma cerâmica policristalina tendo uma distribuição de tamanho de grão caracterizada por um tamanho de grao médio na faixa maior do que 3,4 pm até aproximadamente 6 pm; e um primeiro revestimento de alumina ou dióxido de silício em contato contínuo e direto com pelo menos uma parte do corpo de bráquete de CIM, incluindo as superfícies da fenda do arco.

21 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que o tamanho de grão médio fica entre aproximadamente 3,5 pm e mais ou menos 5 pm.

22 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que o tamanho de grão médio está entre aproximadamente 4 pm e mais ou menos 4,3 pm .

23 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que a cerâmica policristalina tem uma dureza de fratura de pelo menos 4.0 MPa®m1/2.

24 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que a cerâmica policristalina tem uma dureza de fratura de pelo menos 5.0 MPaem1^2.

25 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que a distribuição de tamanho de grão não é caracterizada como uma distribuição lognormal.

26 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que a distribuição de tamanho de grão é multimodal.

27 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que a distribuição de tamanho de grão é bimodal.

28 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 27, carac- terizado por que a distribuição bimodal do tamanho de grão tem um primeiro pico no tamanho de grão entre aproximadamente 1 pm e cerca de 5,5 pm e um segundo pico no tamanho de grão num tamanho de grão maior do que mais ou menos 5,5 pm.

29 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 28, caracterizado por que o segundo pico está num tamanho de grão entre aproximadamente 5,5 pm e mais ou menos 7 pm.

30 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que até cerca de 50% dos grãos são de tamanho menor do que cerca de 3 pm.

31 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que até mais ou menos 90% dos grãos são menores do que cerca de 10 pm de tamanho.

32 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que grãos maiores do que 10 pm de tamanho ocupam até aproximadamente 50% do volume do corpo de bráquete de CIM.

33 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que a cerâmica policristalina compreende alumina.

34 - Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizado por que compreende, além disso: um cursor de ligação que compreende a cerâmica policristalina.

35 - Método de Fabrico de Bráquete Ortodôntico, para acoplar um arco a um dente, caracterizado por que compreende: proporcionar uma mistura de um pó cerâmico e um ligante; injetar a mistura numa cavidade de molde para formar um corpo de bráquete moldado; aquecer o corpo de bráquete moldado para remover substancialmente o ligante a partir do corpo de bráquete moldado; sinterizar o corpo de bráquete moldado para formar um corpo de bráquete de cerâmica moldado por injeção (CIM) configurado para ser montado no dente; formar uma fenda de arco no corpo de bráquete de CIM configurada para nela receber o arco; e formar um revestimento de alumina ou dióxido de silício em contato contínuo e direto com o corpo de bráquete de CIM sobre pelo menos uma parte do corpo de bráquete de CIM, incluindo a fenda do arco.

36 - Método de Fabrico de Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 35, caracterizado por que proporcionar o pó cerâmico compreende proporcionar um pó de alumina.

37 - Método de Fabrico de Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 35, caracterizado por que o corpo de bráquete de CIM é feito de um cerâmica policristalina tendo uma distribuição de tamanho de grão caracterizada por um tamanho de grão médio na faixa maior do que 3,4 pm até mais ou menos 6 pm.

38 - Método de Fabrico de Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 35, caracterizado por que formar o revestimento compreende formar o revestimento com um tamanho de grão médio que é menor do que um tamanho de grão médio do corpo de bráquete de CIM.

39 - Método de Fabrico de Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 35, caracterizado por que formar o revestimento compreende depositar o revestimento por deposição de vapor físico ou por deposição de vapor químico.

40 - Método de Fabrico de Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 35, caracterizado por que compreende, além disso, antes de formar o revestimento: remover pelo menos uma parte da superfície do corpo de bráquete de CIM.

41 ~ Método de Fabrico de Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 40, caracterizado por que remover pelo menos uma parte da superfície compreende remover até mais ou menos 15 pm da superfície do corpo de bráquete de CIM.

42 - Método de Fabrico de Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 40, caracterizado por que remover pelo menos uma parte da superfície compreende gravar a superfície com uma fonte de plasma, cauterizar a superfície com um ácido, moer com íons a superfície ou fundir a superfície com um laser ou uma combinação dos mesmos.

43 - Método de Fabrico de Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 35, caracterizado por que compreende, além disso, antes de formar o revestimento: bombardear a superfície do corpo de bráquete de CIM com íons para implantar íons na superfície do corpo de bráquete de CIM.

44 - Método de Fabrico de Bráquete Ortodôntico, de acordo com a Reivindicação 35, caracterizado por que compreende, além disso, antes de formar o revestimento: bombardear com íons de metais misturados a superfície do corpo de bráquete de CIM seguido por bombardeamento da superfície com íons de gás nobre.

45 - Bráquete Ortodôntico, para acoplar um arco a um dente, caracterizado por que compreende: um corpo de bráquete de cerâmica moldado por injeção (CIM) configurado para ser montado no dente, incluindo uma fenda do arco configurada para nela receber o arco, compreendendo o corpo de bráquete de CIM uma cerâmica policristalina tendo uma distribuição de tamanho de grão caracterizada por um tamanho de grão médio na faixa maior do que 3,4 pm até mais ou menos 6 pm; e um revestimento de uma cerâmica em contato contínuo e direto com pelo menos uma parte do corpo de bráquete de CIM, incluindo as superfícies da fenda do arco.